随着柴油机的不断强化,柴油机热负荷不断升高,作为柴油机关键零部件的活塞,其热负荷也不断提高,活塞的热负荷研究成为柴油机性能优化研究中一个非常重要的研究方向。本文以6K10型柴油机活塞为研究对象,从工程应用的角度出发,围绕柴油机活塞的热负荷展开全面研究。建立活塞有限元模型、缸内三维燃烧计算模型与活塞内冷却油道模型,利用缸内三维燃烧模拟计算得到燃气侧的换热系数和温度边界条件,利用仿真计算方法得到冷却油道内的热边界条件,应用有限元分析软件对活塞的温度场和热应力进行分析研究。进行了柴油机台架试验,利用硬度塞测温法对柴油机活塞温度场进行了实际的测试分析研究,为仿真研究提供了事实参考依据。结合试验和仿真两方面结果,对活塞热负荷进行了比较全面的分析研究。本论文共分五章,包括以下内容：回顾了国内外柴油机发展历史及现状,回顾了国内外柴油机及其关键零部件的传热与热负荷研究发展历史及现状,分析了柴油机的整体发展趋势。介绍了国内外柴油机活塞热负荷研究的发展现状以及有限元分析法及相关商业软件在活塞热负荷研究中的应用,提出了本课题研究的目的及主要研究内容。针对目前国内柴油机活塞热负荷研究的现状,应用有限元分析方法重点对活塞温度场及热应力进行仿真研究,并结合柴油机台架试验测量研究,进行对比分析,研究活塞热负荷。介绍了柴油机活塞热负荷试验研究的几种主要方法,大致分为常规测量方法和非常规测量方法两类,并分别介绍了各种方法的相关理论原理。介绍了柴油机活塞热负荷研究的仿真方法,包括有限元法、有限差分法及边界元法等,对本文主要应用的有限元法历史发展、理论原理及求解方法作了比较详细的介绍,并介绍了本文仿真分析中主要应用的商用软件ANSYS软件。分析了柴油机活塞热负荷试验测量研究的意义,对比各种活塞温度测量方法,提出本文使用的硬度塞测温法。介绍了本文试验研究所使用的试验台架及相关的试验设备仪表。拟定了详细的试验方案,包括试验的前期准备、试验方法及主要注意事项。试验后,对活塞各测点处的温度值进行采集,并进行数据的整理与分析,并根据相关数据对活塞整体的热负荷作了一定的分析研究。建立活塞的三维有限元模型,对活塞的内冷却油道进行仿真分析确定油道内的热边界条件,对缸内进行三维燃烧模拟计算结合经验公式确定活塞燃气侧的换热系数和温度边界条件,对活塞的温度场及热应力进行仿真模拟计算研究,对比试验测量结果,判断仿真研究结果的可信性。结合试验研究结果和仿真研究结果,进行对比分析研究,对活塞的热负荷全貌做出了整体的评价与研究。